KR101187633B1

KR101187633B1 - 친환경 황토 콘크리트 및 시공방법

Info

Publication number: KR101187633B1
Application number: KR20120029654A
Authority: KR
Inventors: 석 허
Original assignee: 주식회사 쏘일투
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2012-10-08

Abstract

친환경 황토 콘크리트 및 시공방법이 개시되어 있다.
개시된 친환경 황토 콘크리트 및 시공방법 중, 친환경 황토 콘크리트는 시멘트 10~20중량%, 모래 25~38중량%, 골재 41~50중량% 및 물 8~12중량%를 포함하는 콘크리트 조성물 100중량부에 대하여,
결합제 조성물 5~8중량부, 수축저감제 0.2~0.8중량부, 섬유보강제 0.05~0.8중량부, 황토분 0.3~1.5중량부 및 혼화제 0.08~0.2중량부가 더 포함되어 이루어지되,
상기 결합제 조성물은 고화제 93~99중량% 및 토양안정제 1~7중량%가 혼합되어 이루어지되,
상기 고화제는, 클링커 분말 15~35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO₇Al₂O₃) 10~30중량%, 고로 슬래그 미분말 5~35중량%, 벤토나이트 5~15중량%, 플라이애쉬 10~20중량%, 제올라이트 5~25중량% 및 무수석고 15~35중량%를 포함하며,
상기 토양안정제는, 폴리머 에멀젼 65~85중량%, 식물 영양성분 9~25중량% 및 폴리아크릴레이트계 보수성 향상제 5~10중량%를 포함하는 것이다.

Description

친환경 황토 콘크리트 및 시공방법{Green clay concrete}

본 발명은 친환경 황토 콘크리트 및 시공방법에 관한 것이다.

특히, 지반 상부에 시공되는 콘크리트의 물성에는 큰 변화를 주지 않고 친환경적 기능을 부여한 친환경 황토 콘크리트 및 이의 시공방법에 관한 것이다.

급격한 산업 발전으로 인해 환경오염이 심각한 문제로 인식되면서 국내외적으로 친환경에 대한 관심이 높아지고 환경오염방지에 대한 관심과 더불어 건강한 삶에 대한 욕구가 높아지고 있다. 특히 최근에는 녹색성장을 위한 생태문화공간을 조성하는 사업에 콘크리트가 많이 이용되고 있으나 일반적인 흙 콘크리트의 경우 그 기능 및 성능은 압축강도, 내구성, 시공성 등의 일반적인 물성과 흙을 사용한다는 점을 부각시켜 자연친화적인 포장재라는 것에 한정되어 있는 실정이다.

아래에서는 종래 친환경 콘크리트에 대하여 몇 가지 예를 들고자 한다.

첫 째, 국내등록특허공보(등록번호 제457997호)에는 황토 콘크리트 조성물이 개시되어 있다. 기술구성은 일반시멘트 콘크리트 몰탈 제조시 사용되는 시멘트, 골재(잔골재, 굵은골재), 유동화제, 물로 조성되는 시멘트콘크리트 조성물에 황토미세분말을 상기 시멘트중량에 대해서 5~30%를 혼합하여 마이크로 필러효과, 시멘트의 수산화칼륨과의 포졸란 반응에 의해 압축강도를 증진시키는 황토 조성물에 관한 것으로 여기에서 황토에 대하여 건조온도와 입경에 따른 비표면적을 한정시킨 황토에 불과할 뿐 통상의 시멘트조성물에 황토를 첨가하여 시멘트콘크리트에 황토색상을 표출시킨 정도의 흙 콘크리트라 할 수 있다.

둘 째, 국내등록특허공보(등록번호 제460262호)에는 레드머드(Redmud)를 이용한 인조 황토 몰탈의 제조방법 및 인조황토 시공방법에 관한 기술이 개시되어 있다. 기술구성은 보오크사이트에 가성소다를 첨가하고 가열하여 알루민산소다를 추출하고 남은 잔사 즉, 레드머드에 고령토 또는 제올라이트 30 ~ 70% 첨가하여 혼합시킨 혼합물을 소성처리하여 활성화시킨 인조황토 100중량부에 생석회 30 ~ 50중량부, 미장용모래(잔골재) 70 ~ 100중량부, 혼화제 3 ~ 5중량부를 혼합해서 된 인조황토몰탈로서, 이는 인조황토의 함량비율이 지나치게 높고 수경화물질로서 높은 강도를 발현하는 시멘트가 아닌 생석회를 사용하므로서 결합력이 약하여 포장도로로서 소정의 압축강도, 인장강도 등의 물성을 기대할 수 없고 색상 또한 알칼리성이 지속적으로 유지되지 않으면 희미하게 퇴색되는 경향이 있다.

세 째, 국내등록특허공보(등록번호 제408594호)에는 황토도로 포장재와 그 제조방법이 개시되어 있다. 기술내용은 시멘트, 자갈, 모래, 황토로 구성된 도로포장재에 있어서 황토를 구워 분쇄한 100 ~ 150메쉬 황토분말을 사용하되 시멘트와 황토비율을 1:0.78 ~ 1.42이고 붉은색과 노란색의 산화철을 조합한 안료를 시멘트량에 대하여 2.67 ~ 5.5%첨가 혼합하여 이 혼합물에 자갈, 모래, 물을 도로의 용도에 따라 시멘트에 대한 황토비 및 산화철(안료)의 첨가비를 조절한 도로포장재와 그 제조방법이라 할 수 있다.

이와 같은 도로포장재는 도로의 용도에 따라 시멘트에 대한 황토비 및 산화철(안료)의 첨가비를 조절하므로서 도로포장재의 구성비가 달라지므로 확정된 발명이라 할 수 없고 특히 시멘트와 황토비율이 대등하다 할 수 있어 이와 같이 황토함량이 많을 경우 강도물성이 저하됨은 당연하다 할 수 있고, 이 발명 역시 통상의 시멘트조성물에 황토 및 적색 또는 황색의 산화철을 첨가하여 천연적인 색상을 발현하는 수준의 흙 콘크리트를 제공하는 정도의 발명이라 할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 안출된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 기존 대비 강도가 저하되지 않으면서도 수축저감제 및 섬유보강제에 의한 건조수축을 억제시켜 균열을 방지하고, 황토성분을 포함시켜서 자외선 및 복사열을 흡수 차단하는 기능을 발휘하는 친환경 황토 콘크리트를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 친환경 황토 콘크리트의 시공방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 시멘트 10~20중량%, 모래 25~38중량%, 골재 41~50중량% 및 물 8~12중량%를 포함하는 콘크리트 조성물 100중량부에 대하여, 결합제 조성물 5~8중량부, 수축저감제 0.2~0.8중량부, 섬유보강제 0.05~0.8중량부, 황토분 0.3~1.5중량부 및 혼화제 0.08~0.2중량부가 더 포함되어 이루어지되,
상기 결합제 조성물은 고화제 93~99중량% 및 토양안정제 1~7중량%가 혼합되어 이루어지되,
상기 고화제는, 클링커 분말 15~35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO₇Al₂O₃) 10~30중량%, 고로 슬래그 미분말 5~35중량%, 벤토나이트 5~15중량%, 플라이애쉬 10~20중량%, 제올라이트 5~25중량% 및 무수석고 15~35중량%를 포함하며,
상기 토양안정제는, 폴리머 에멀젼 65~85중량%, 식물 영양성분 9~25중량% 및 폴리아크릴레이트계 보수성 향상제 5~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 황토 콘크리트를 제공하는 것이다.

삭제

또한, 본 발명의 상기 수축저감제는, 메틸메타아크릴레트(Methylmethacrylate) 15 ~ 22중량%, 부틸아크릴레이트(Buthylacrylate) 10 ~ 12중량%, 리튬실리케이트(Lithium silicate) 13 ~ 18중량%, 알긴산나트륨(Sodium alginate) 2 ~ 4중량%, 메타아크릴산(Methacrylate) 2 ~ 4중량%, 물 40 ~ 50중량% 및 알킬설폰산염(Alkylbenzene sulfonate) 0.2 ~ 2중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기의 친환경 황토 콘크리트 조성물을 준비하는 단계; 상기 준비된 황토 콘크리트 조성물을 이동식 배차플랜트로 이송하는 단계; 상기 이송되어온 황토 콘크리트 조성물을 믹서에 의해 혼합하여 도로포장재를 마련하는 단계; 상기 도로포장재에 의해 포장을 실시할 도로를 다지는 도로 다짐 단계; 상기 도로포장재를 포장할 도로의 기층 상에 포설하는 단계; 상기 포설된 도로포장재를 전동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계; 및 상기 포설된 도로포장재를 보호하기 위해 그 위에 커버를 씌우고 3 ~ 4일 동안 양생하는 단계를 포함하는 친환경 황토 콘크리트 시공방법이다.

또한, 본 발명은 상기 양생하는 단계 이후에, 물의 침투를 막기 위해 0.3 ~ 0.4L 의 소수성 실란을 스프레이 작업하는 소수성 실란 투입단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상의 본 발명은, 콘크리트의 제조시 수축저감제 및 황토 미분말을 투입하여 색상이 일체형으로 발현된 상태에서 도로에 포설되므로 간편한 공정으로 우수한 시공성을 얻을 수 있으며, 수축저감제 및 황토분에 의한 친수기능 및 자외선 흡수차단, 유해물질을 흡착 광분해하며, 표면이 마모되어도 색상이 오랫동안 유지되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시공방법에 대한 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들이 개시된다. 실시예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.

구체적인 설명에 앞서, 본 명세서 상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서 '조성물'은 원래 혼합물과 화합물의 의미를 포함하는 용어로써, 본 발명에 있어서 '바인더 조성물'의 '조성물'은 특별한 언급이 없거나 발명의 전체적인 내용에 반하지 않는 한, '혼합물'의 의미로 사용된다.

본 발명은 친환경 황토 콘크리트 및 그 시공방법에 관한 것이다.

먼저, 친환경 황토 콘크리트에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 친환경 황토 콘크리트는, 콘크리트 조성물, 결합제 조성물, 수축저감제, 섬유보강제, 황토분 및 혼화제를 포함한다.

본 발명에 따른 친환경 황토 콘크리트의 제1 요소인 콘크리트 조성물은 시멘트, 모래, 골재 및 물을 포함한다.

상기 시멘트는 10 ~ 20중량%가 배합되며, 포틀랜드 시멘트, 백색시멘트 등의 시멘트에서 선택되어지는 어느 하나의 시멘트가 사용될 수 있다.

상기 모래는 25 ~ 38중량%가 배합되며, 자연 모래와 부순 모래로 규격에 적합한 것이 사용된다.

상기 골재는 41 ~ 50중량%가 배합되며, 단단하고, 강하며, 내구적이며, 부착물이 없어야 하고, 이물질이 함유되지 않은 것으로 KS F 2357 규격에 적합한 것이어야 한다. 본 발명에서는 25mm 크기의 골재가 사용될 수 있다.

여기서, 상기 골재는 특히 규사가 추천된다. 규사의 크기별 비율은 4호사(0.85~1.18mm), 5호사(0.6~0.85mm) 및 6호사(0.21~0.6mm)를 균등 중량%로 배분하여 사용되며, 이러한 골재의 구성은 상기 섬유보강제의 분산성과 균일성이 유지되도록 함으로써 균열억제 능력이 향상되게 한다.

상기 물은 8 ~ 12중량%가 배합된다.

본 발명에 따른 친환경 황토 콘크리트의 제2 요소인 상기 결합제 조성물은 고화제 및 토양안정제를 포함한다.

상기 결합제 조성물의 조성비는 고화제 93 ~ 99중량% 및 토양안정제 1 ~ 7중량%로 되는 것이 바람직하다.

상기 결합제 조성물 중 하나인 고화제는 콘크리트의 결합강도 및 기계적 강도를 증진시키는 역할을 하게 되므로 강도와 직접적으로 연관된다. 따라서 결합제 조성물의 대부분(93 ~ 99중량%)을 차지하게 된다. 93 중량% 미만인 경우에는 결합강도 및 기계적 강도의 저하를 가져오고, 99 중량%를 초과하게 되면 강도가 필요이상 강화되고 불필요하게 소재가 과투입됨에 따라 비용적으로 낭비될 수 있다.

상기 고화제는 클링커 분말 15 ~ 35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO₇Al₂O₃) 10 ~ 30중량%, 고로 슬래그 미분말 5 ~ 35중량%, 벤토나이트 5 ~ 15중량%, 플라이애쉬 10 ~ 20중량%, 제올라이트 5 ~ 25중량% 및 무수석고 15 ~ 35중량%를 포함한다.

상기 고화제 조성물 중, 클링커 분말은 성분의 일부가 융해하여 전체가 괴상 소결물로 형성된 덩어리를 말하는 것으로 소괴(燒塊)라고도 한다. 일반적으로 원료로서 석회질 원료와 점토질 원료를 적당 비율로 혼합하여 미분쇄한 후, 그 일부가 용융될 때까지 로터리 킬른(rotary kiln) 등에 의하여 소성하여 알밤 정도 크기의 작은 덩어리로 형성된 것을 말하는 것으로 본 발명에서는 압축강도 및 기계적 강도에 영향을 주며, 15중량% 미만으로 첨가되면 압축강도 및 기계적 강도가 미약하며, 35중량%를 초과하면 경화속도가 빨라 정상적인 작업시간을 확보할 수 없다.

상기 고화제 성분 중, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO₇Al₂O₃)은, 결합력과 강도증진, 경화속도에 영향을 주며, 10 중량% 미만으로 첨가되면 충분한 결합력과 강도 증진이 원활히 이루어지지 않으며 경화속도가 길어진다. 또한, 30 중량%를 초과하면 결합력과 강도는 증진되나, 경화속도가 빨라 정상적인 작업시간을 확보할 수 없다.

상기 고화제 성분 중, 고로 슬래그 미분말은 용광로에서 선철과 함께 생산되는 것으로 비중은 2.88 ~ 2.95 범위이며 블래인 비표면적으로 6,000±500㎠/g이 바람직하며 고로 슬래그 미분말의 CaO 성분은 40 ~ 45 중량% 전후로서 알칼리도가 낮기 때문에 pH 저감에 효과적인 작용을 하는 것으로 이를 위해 5 ~ 35 중량%가 적당하다.

상기 고화제 성분 중, 벤토나이트는 재료 분리 방지, 윤활성, 응집성 부여로 작업성을 개선하기 위한 것으로서, 5 중량% 미만으로 첨가되면 포장재의 결합력이 떨어지며, 15 중량%를 초과하면 과도한 응집현상이 발생한다.

상기 고화제 성분 중, 플라이애쉬는 강도 증진에 영향을 주며, 10 중량% 미만으로 첨가되면 충분한 반응이 일어나지 않아 효과적인 강도를 얻을 수 없으며, 20 중량%를 초과하면 강도가 급격히 저하되는 문제점이 발생 된다.

상기 고화제 성분 중, 제올라이트는 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)으로 이루어진 다공성 결정으로 강한 산성을 띠어 다양한 석유화학 반응의 촉매로 활용되는 것으로서, 수산화칼슘과 포졸란 반응하여 강도 증진에 기여하게 된다. 이는 5 중량%미만으로 첨가되면 충분한 강도발현이 미약하고, 35 중량%를 초과하면 필요 이상으로 강도가 강화되므로 위의 범위 내에서 첨가되는 것이 효율적이다.

상기 고화제 성분 중, 무수석고는 슬래그의 자극제 및 강도 증진, 경화속도에 영향을 준다. 이러한 무수석고는 15 중량% 미만으로 첨가하면 슬래그의 자극 효과가 떨어져 강도에 영향을 줄 수 있고, 원활한 형성이 이루어지지 않으며, 경화속도도 늦어 안정성에도 영향을 주게 된다. 반면 35중량%를 초과하면 강도 증진효과는 얻을 수 있으나 빠른 경화속도로 정상적인 작업시간을 확보할 수 없다.

상기 결합제 조성물 중 다른 하나인 토양안정제는 폴리머 에멀젼, 식물 영양성분 및 폴리아크릴레이트계 보수성 향상제를 포함한다.

부연하면, 부틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트, 비닐아세테이트, 메타아크릴산, 디비닐벤젠 및 2-시아노에틸아크릴레이트를 이용하여 중합반응을 실시하여 우수한 물성의 폴리머 에멀젼을 얻었다. 반응은 초기 반응과 증식 반응으로 나눌 수 있고, 초기 반응에서는 부틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트, 비닐아세테이트, 메타아크릴산, 디비닐벤젠 및 2-시아노에틸아크릴레이트 혼합물에 소디움 도데실 벤조솔폰네이트와 같은 계면활성제와 포타슘퍼설페이트와 같은 반응 개시제를 소량 가하여 반응을 개시하였고, 개시 반응 후 증식 단계에서는 부틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트, 비닐아세테이트, 메타아크릴산, 디비닐벤젠 및 2-시아노에틸아크릴레이트를 가한 후 일차 증식 반응이 진행되면 다시 부틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트, 비닐아세테이트, 메타아크릴산, 디비닐벤젠 및 2-시아노에틸아크릴레이트를 가하여 반응시켜 토양 안정제용 폴리머 에멀젼을 얻었다. 얻어진 폴리머 에멀젼은 디비닐벤젠 및/또는 2-시아노에틸아크릴레이트 성분을 제외한 폴리머 에멀젼과 물성을 비교한 결과 점도가 낮고, 접착강도(즉, 토양이나 경사면과 접착한 후의 강도)와 내수강도(물을 함유한 상태의 강도)가 매우 우수하며, 물을 보유하는 능력이 현저히 높은 것으로 나타났다. 디비닐벤젠은 도막의 강도를 향상시키는 기능을 하며, 2-시아노에틸아크릴레이트는 특별히 물을 머금은 상태에서 도막의 강도 즉, 내수강도를 향상시키는 기능을 수행하였다.

상기와 같이 제조된 폴리머 에멀젼을 이용하여 토양안정제를 제조하기 위해서 폴리머 에멀젼 65 ~ 85중량%에, 식물 영양성분 9 ~ 25중량% 및 폴리아크릴레이트계 보수성 향상제 5 ~ 10중량%를 혼합하였다. 여기에 전분과 색소를 필요에 따라 추가적으로 혼합할 수도 있다.

상기한 폴리머 에멀젼은 도막을 만드는 주 소재이다. 토양안정제 도막은 물에 닿으면 수팽윤성을 가져야 한다. 이 수팽윤성이란 도막이 물을 함유할 수 있다는 증거로, 강우시 물을 도막 내에 함유하고 있다가 건조시 식물에 수분을 공급하고 습기가 과량 존재시에는 수분을 함유한다. 본 발명의 폴리머 에멀젼은 180%의 보수성을 나타내어 물을 잘 함유할 수 있는 것으로 나타났다.

식물 영양성분은 퇴비를 비롯한 각종 유기질 비료, 복합비료를 비롯한 화학합성 비료, 소석회 등 식물에 영양을 주는 것으로 알려진 성분이면 특별한 제한 없이 사용 가능하다. 바람직하게는 복합비료를 사용한다. 식물 영양성분은 혼합비에 제한이 있는 것은 아니나, 9 ~ 25중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 9 중량% 미만인 경우 식물에 충분한 영양을 공급해 주기가 어렵고, 25 중량% 이상인 경우 전체 조성물의 중량이 증가하며, 비경제적이다.

폴리아크릴레이트계 보수성 향상제는 하이드로겔을 포함하여 폴리아크릴산염을 말하며, 친수성이 큰 고분자 물질로서 상기 도막의 주소재인 에멀젼과 같은 에멀젼형의 보수성 향상제이다. 이는 기존의 보수성 향상제인 카복시메틸셀룰로즈,메틸셀룰로즈와 대비하여 수분함유 능력이 크고 에멀젼으로 만들어졌기 때문에 균일 분산이 용이하여 사용에 편리하다. 폴리아크릴레이트계 보수성 향상제는 5 ~ 10중량%가 혼합되는 것이 경제성 및 효과 측면에서 바람직하다.

본 발명에 따른 친환경 황토 콘크리트의 제3 요소인 상기 수축저감제는 상기 콘크리트 조성물 100중량부를 기준으로 0.2 ~ 0.8중량부가 배합된다.

상기 수축저감제는 상기 시멘트, 모래 및 골재 사이에 결합고리를 만들어주면서 건조수축을 억제시켜 급격한 수분증발로 인한 균열을 방지하고, 상기 시멘트 기능을 보강하는 접착제 역할을 한다.

상기 수축저감제는, 메틸메타아크릴레이트(methylmethacrylate), 부틸아크릴레이트(buthylacrylate), 리튬실리케이트(LithiymSithiumsilicate), 알긴산나트륨(Sodium Alginate), 메타아크릴산(methacrylic acid), 물 및 알킬설폰산염을 포함하는 혼합물로서, 상기 수축저감제의 각 조성물의 배합비는 메틸메타아크릴레트(Methylmethacrylate)15 ~ 22중량%, 부틸아크릴레이트( 10 ~ 12중량%, 리튬실리케이트 13 ~ 18중량%, 알긴산나트륨 2 ~ 4중량%, 메타아크릴산 2 ~ 4중량%, 물 40 ~ 50중량%, 알킬설폰산염(Alkylbenzene sulfonate) 0.2 ~ 2중량%로 배합될 수 있다.

상기 메틸메타아크릴레이트는, 콘크리트 혼합물의 안정성 및 내후성을 부여하는 역할을 한다. 15중량% 미만인 경우에는 안정성 및 내후성이 저하되어 경화 시, 피막형성이 원활하지 못하고, 22중량%를 초과하게 되면 접착성이 너무 강해서 작업성이 용이하지 못하다.

상기 부틸아크릴레이트는, 콘크리트 혼합물에 경화성을 부여하는 역할을 한다. 10중량% 미만인 경우에는 경화가 늦는 폐단이 있고, 12중량%를 초과하면 경화가 너무 빨라서 작업시간의 확보가 어렵다.

상기 리튬실리케이트는, 콘크리트 혼합물의 쇼킹현상을 방지하는 역할을 한다. 13 중량% 미만이면 쇼킹현상을 방지할 수 없고, 18 중량%를 초과하면 쇼킹현상을 방지되나 단가가 상승하게 된다.

상기 알긴산나트륨은, 콘크리트 혼합물의 공극을 채워 강도를 상승시켜주는 역할을 한다. 2 중량% 미만이면, 공극 채움이 미비하여 강도가 강하지 못하고, 4 중량% 이상이면, 강도는 강화되나 재료 손실로 인한 단가 상승의 원인이 된다.

상기 메타아크릴산은, 햇빛 등의 날씨 및 기후에 견디는 내후성이 우수하여 외부 환경 변환(날씨 및 기후변화)에 의한 부식 등을 억제함과 동시에 포장체로 침투하여 일체화시켜줌으로써 부착강도 및 인성을 개선하고 안료 등에 의한 착색성을 좋게 하는 역할을 한다. 2중량% 미만인 경우에는 위에 열거된 기능을 발휘하기에 미미하고, 4중량%를 초과하면 위에 열거된 기능이 강화되나 비용이 증가하는 문제점이 있다.

상기 알킬설폰산염은, 시멘트, 모래 및 골재의 표면장력을 저하시키고, 이들 입자에 침투, 분산, 기포작용을 하여 혼합성을 향상시키는 역할을 한다. 0.2 중량% 미만이면 토사 혼합물의 분산성이 떨어져 고른 혼합물을 얻기 어렵고, 2 중량%를 초과하면 혼합물의 분산성은 좋아지나 단가가 상승하게 된다.

참고로, 상기한 본 발명의 수축저감제에 대한 특성은 아래의 표 1에 표시되어 있다.

항목	특성값
Bulk density	500kg/m³
Na2₂O	1.5%이하
Chloride 함량	0.03%이하
Ph값	7
Active components	Cycloaliphatic compound
Colour	white

본 발명에 따른 친환경 황토 콘크리트의 제4 요소인 상기 섬유보강제는 EVA(Ethlene Vinyl Acetate) 30 ~ 45중량%, 목재섬유 20 ~ 35중량%, 폴리프로필렌 섬유(polypropylene ; 이하 'PP'라 함) 25 ~ 38중량%, 강섬유 10 ~ 15중량%로 이루어질 수 있다.

상기 폴리프로필렌 섬유는 길이가 각각 6mm, 20mm이고 지름이 18μm로서 보수모르타르의 극한 인장강도를 증진시키고, 보수모르타르의 균열이 발생하는 초기에 미세 균열의 발생을 억제하는 역할을 한다. 그리고 강섬유의 길이는 각각 30mm, 40mm이고, 지름이 300μm인 두 가지 종류의 섬유를 사용하였으며, 폴리프로필렌 섬유에 비해서 탄성계수 및 인장강도가 우수하고, 에너지 흡수 능력이 우수하다. 따라서 강섬유는 균열이 크기가 큰 균열의 발생을 억제하는 역할을 하게 된다.

이때, 상기 섬유보강제는 본 발명의 친환경 황토 콘크리트에 0.3 ~ 1.5 중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 이보다 적게 혼합되면 균열방지효과가 미약하고, 이보다 많이 혼합되면 비 경제적이다.

본 발명에 따른 친환경 황토 콘크리트의 제5 요소인 황토분은 0.3 ~ 1.5중량%가 포함된다.

이러한 황토분은 하나의 물질이지만 그것이 미치는 영향의 범위는 매우 광범위하다. 질병치료에도 그 탁월한 약성을 보여주기도 했다. 예로부터 가옥, 토기 등을 만드는 곳에 우리 선조들이 사용했는데 황토는 밤의 찬 기운에 훈기를 주며, 낮의 더운 기운에 시원함을 준다. 이것을 토의 기운이라 한다. 근래에 들어 이러한 황토는 그 효능이 과학적으로 분석, 입증되고 건강한 삶을 추구하는 인간심리와 결합하여 점차 간편한 일상제품으로 변해서 사람들에게 다가가고 있다.

본 발명에서 사용되는 황토분은 황토 흙을 건조로에서 200-500의 스팀 열로 약 20분간 건조시킨 후 약 5분간 직접 열을 가하여 건조 살균시키고, 이를 밀로 갈아서 입도 10-300 메쉬 통과분을 자동 스크린 채망을 이용하여 걸러낸 것을 이용하는데, 본 발명의 경우 일반 황토보다 고령 황토를 이용하는 것이 효과면에서 훨씬 더 유리하다. 황토는 일반적으로 원적외선 방사, 탈취, 단열, 습도조절, 자정력 등이 우수한 것으로 알려져 있으나, 일반 황토보다 입자가 곱고 산소 함유량이 높으며, 황토 1g에는 2억 마리 이상의 미생물이 살고 있어 다양한 효소들이 복합적으로 순환 작용을 하여 해독력과 흡수력, 자정력이 뛰어나고 인체에 유익한 음이온과 원적외선을 방출하는 무독성의 재질로서, 친환경적 재질로서 매우 적합하다.

또한, 황토분은 자연스러운 흙이나 황토 질감을 주면서도 열섬현상도 방지할 수 있어 포장된 도로를 이용하는 사람은 물론 시공자나 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으므로 자전거도로나 산책로 뿐 아니라 광장이나 주차장, 소형 차량로까지 활용할 수 있다.

이러한 황토분은 실리카(SiO₂) 52 ~ 70중량%, 석회(CaO) 4 ~ 19중량%, 알루미나(Al₂O₃) 5 ~ 13중량%, 산화마그네슘(MgO) 2 ~ 8중량%, 산화철Ⅲ(Fe2O₃) 2 ~ 6중량%, 산화철Ⅱ(Fe2O₂) 0.4 ~ 1.1중량%, 산화티탄(TiO₂) 0.1 ~ 0.6중량% 및 산화망간(MnO) 0.1 ~ 1.5중량%를 포함하고 있으나, 이에 한정하지는 않으며 이들이 모두 포함될 수 있고, 이중 몇가지만 선택적으로 포함될 수 있고, 이에 더하여 다른 성분이 더 포함될 수도 있다.

또한, 상기 황토분은 325mesh, 1000mesh, 1400mesh, 2000mesh, 3000mesh 중 선택된 어느 하나를 적용할 수 있다. 참고로, 상기 mesh의 숫자가 클수록 황토분의 입경은 작아지게 된다.

본 발명에 따른 친환경 황토 콘크리트의 제6 요소인 혼화제는 0.08 ~ 0.2중량%가 포함된다.

상기 혼화제는 멜라민계 유동화제 70 ~ 85중량%, 증점제 15 ~ 30중량%로 이루어질 수 있다. 상기 혼화제 중 멜라민계 유동화제는 내화 모르타르의 유동성을 유지시키고 타설시에 시공성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 배합수의 사용량을 줄여줌으로써 강도 증진 및 내구성 증진에 기여하게 된다. 예컨대, 멜라민계 유동화제의 사용량이 너무 많으면 그 효과가 떨어질 수 있으며, 사용량이 너무 적으면 감수 효과가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

[실시예 준비]

결합제 조성물의 제조

성분	세부성분	무게(g)
고화제	클링커 분말, 알루미나계 시멘트 구조화합물, 고로슬래그 분말, 벤토나이트, 플라이애쉬, 제올라이트, 무수석고,	95
토양안정제	폴리머 에멀젼, 식물 영양성분, 폴리아크릴레이트계 보수성 향상제	5
합계		100

수축저감제의 제조

성분	무게(g)
메틸메타아크릴레이트	21
부틸아크릴레이트	11
리튬실리케이트	17
알긴산나트륨	3
메타아크릴산	3
물	45
알킬설폰산염	1
합계	100

섬유보강제의 제조

성분	무게(g)
EVA(Ethlene Vinyl Acetate)	40
목재섬유	22
폴리프로필렌 섬유	26
강섬유	12
합계	100

[실시예 1]

시멘트 12kg, 모래 35kg, 골재 44kg, 물9kg을 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하고, 상기에서 제조된 결합제 조성물 6kg, 수축저감제 0.4kg, 섬유보강제 0.09kg, 황토분 0.8kg 및 혼화제 0.1kg을 혼합하여 친환경 황토 콘크리트를 제조하였다.

[실시예 2]

시멘트 15kg, 모래 32kg, 골재 42kg, 물11kg을 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하고, 상기에서 제조된 결합제 조성물 8kg, 수축저감제 0.6kg, 섬유보강제 0.2kg, 황토분 1.2kg 및 혼화제 0.09kg을 혼합하여 친환경 황토 콘크리트를 제조하였다.

[실시예 3]

시멘트 13kg, 모래 28kg, 골재 48kg, 물11kg을 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하고, 상기에서 제조된 결합제 조성물 5kg, 수축저감제 0.8kg, 섬유보강제 0.7kg, 황토분 1.5kg 및 혼화제 0.15kg을 혼합하여 친환경 황토 콘크리트를 제조하였다.

[비교예]

시멘트 13kg, 모래 28kg, 골재 48kg, 물11kg을 혼합하여 콘크리트 조성물을 제조하고, 상기에서 제조된 결합제 조성물 4kg, 수축저감제 0.1kg, 섬유보강제 0.03kg, 황토분 1kg 및 혼화제 6kg을 혼합하여 친환경 황토 콘크리트를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 친환경 황토 콘크리트는 다짐진 도로에 분리막을 설치한 후 인력으로 콘크리트 휘니셔를 이용하여 포설하고, 28일간 양생시킨 다음, 만능재료시험기로 그 압축강도 및 휨강도를 측정한 결과, 실시예 1, 2 및 3은 우수한 것으로 확인되었으며, 상대적으로 비교예는 실시예들에 비하여 압축강도 및 휨강도가 떨어지는 것으로 확인되었다(표 5 및 6참조)

구분	시험항목	단위	결과값	시험방법
실시예1	압축강도	MPa	21	KS F 2405:2005
실시예2			23.5
실시예3			25
비교예			18

구분	시험항목	단위	결과값	시험방법
실시예1	휨강도	MPa	6.0	KS F 2004:2000
실시예2			6.3
실시예3			8.6
비교예			4.8

시험항목	단위	기준치	결과값	시험방법
Pb	mg/L	3	0.03	폐기물공정시험기준:2008
Cu		3	0.048
As		1.5	미검출
Hg		0.005	미검출
CN-		1	미검출
Cr(VI)		0.3	미검출
Cd		0.3	0.005
유기인		1	미검출
기름성분	wt%	5	0.109
테트라클로로에틸렌	mg/L	0.3	미검출
트리클로로에틸렌	mg/L	0.1	미검출

이러한 결과에서 볼 때, 본 발명에 따른 친환경 황토 콘크리트로 시공되는 도로는, 콘크리트에 결합제 조성물, 수축저감제, 섬유보강제 및 혼화제를 혼합함으로써 압축강도 및 휨강도가 좋으면서도 폐기물 용출량도 적어서 친환경적이고, 또한 황토분이 포함됨으로써 자연스러운 흙이나 황토 질감을 주면서도 열섬현상도 방지할 수 있어 포장된 도로를 이용하는 사람은 물론 시공자나 인근 주민들에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있으므로 자전거도로나 산책로 뿐 아니라 광장이나 주차장, 소형 차량로까지 활용할 수 있다.

다음에는, 상기한 친환경 황토 콘크리트의 시공방법에 대해 설명한다.

1. 친환경 황토 콘크리트 준비단계(S10)

친환경 황토 콘크리트 준비단계는, 시멘트 10~20중량%, 모래 25~38중량%, 골재 41~50중량% 및 물 8~12중량%를 포함하는 콘크리트 조성물 100중량부를 기준으로, 결합제 조성물 5~8중량부, 수축저감제 0.2~0.8중량부, 섬유보강제 0.05~0.8중량부, 황토분 0.3~1.5중량부 및 혼화제 0.08~0.2중량부가 더 포함되어 이루어진 친환경 황토 콘크리트를 준비한다.

여기서, 상기한 결합제 조성물은 고화제 93~99중량% 및 토양안정제 1~7중량%가 혼합되어 이루어지며, 상기 고화제는, 클링커 분말 15~35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO₇Al₂O₃) 10~30중량%, 고로 슬래그 미분말 5~35중량%, 벤토나이트 5~15중량%, 플라이애쉬 10~20중량%, 제올라이트 5~25중량% 및 무수석고 15~35중량%를 포함하고, 상기 토양안정제는, 폴리머 에멀젼 65~85중량%, 식물 영양성분 9~25중량% 및 폴리아크릴레이트계 보수성 향상제 5~10중량%를 포함한다.

또한, 상기한 수축저감제는 메틸메타아크릴레트(Methylmethacrylate) 15~22중량%, 부틸아크릴레이트(Buthylacrylate) 10~12중량%, 리튬실리케이트(Lithium silicate) 13~18중량%, 알긴산나트륨(Sodium alginate) 2~4중량%, 메타아크릴산(Methacrylate) 2~4중량%, 물 40~50중량% 및 알킬설폰산염(Alkylbenzene sulfonate) 0.2~2중량%를 포함한다. 이들의 기능 및 함량에 대한 것은 앞서 설명한 바 있으므로 생략한다.

2. 친환경 황토 콘크리트의 이송단계(S20)

친환경 황토 콘크리트의 이송단계는 이동식 배차플랜트에 상기 친환경 황토 콘크리트를 상차하여 후술될 연속식 스크류 믹서로 옮겨주는 단계이다.

3. 친환경 황토 콘크리트의 혼합단계(S30)

친환경 황토 콘크리트의 혼합단계는 상기 이동식 배차플랜트에 이송되어온 친환경 황토 콘크리트를 연속식 믹서에 투입하고, 믹서를 가동시켜서 조성물의 원료가 혼합되도록 하는 단계로서, 이와 같은 혼합과정을 마치면 도로를 포장할 수 있는 도로포장재가 만들어진다.

4. 포장할 도로의 다짐단계(S40)

포장할 도로의 다짐단계는 포장할 도로다 대지를 평활하게 다짐하는 단계이다.

5. 포설단계(S50)

포설단계는 다짐이 완료된 포장할 도로나 대지의 기층 상에 도로포장재를 포설하는 단계이다.

6. 도로포장재 다짐단계(S60)

도로다짐단계는 핀환경 황토 콘크리트를 혼합하여 만들어진 도로포장재를 전동롤러나 콤팩터(compactor:대지나 도로의 포장재료를 다지거나 진동, 충격을 가함으로써 보다 무거운 하중에 견질 수 있게 하는 기계)를 이용하여 다짐하는 단계이다.

7. 양생단계(S70)

양생단계는 다짐이 완료된 도로포장재를 양생시키는 단계로서, 양생은 자연 양생 또는 강제 양생 중 어느 하나를 택일하되, 이중 강제 양생시의 양생온도는 25 ~ 80℃로 하고, 하절기에는 시중에서 판매되고 있는 양생포나 비닐 등의 커버를 이용하여 표면층을 덮고 스팀이나 온풍기를 이용하여 약 3 ~ 4일 동안 양생할 수 있고, 보다 바람직하게는 (주)세기센츄리에서 판매하고 있는 건조매트를 씌우고 60℃에서 4시간 이상 보온 양생하면 1일 후에 보행이 가능하도록 할 수 있다.

8. 소수성 실란 투입단계(S80)

소수성 실란 투입단계는 양생이 완료된 포장재의 표면에 소수성 실란을 시공하여 물의 침투를 막기 위한 작업으로 0.25 ~ 0.3L/m³의 양을 스프레더를 통해 작업하게 된다. 이러한 소수성 실란은 물의 침투를 막아주어 동결 융해 시 뿐만 아니라 평상시에도 현장의 토양, 토양안정성, 물의 혼합물의 열화를 방지할 수 있게 된다.

Claims

시멘트 10~20중량%, 모래 25~38중량%, 골재 41~50중량% 및 물 8~12중량%를 포함하는 콘크리트 조성물 100중량부에 대하여,
결합제 조성물 5~8중량부, 수축저감제 0.2~0.8중량부, 섬유보강제 0.05~0.8중량부, 황토분 0.3~1.5중량부 및 혼화제 0.08~0.2중량부가 더 포함되어 이루어지되,
상기 결합제 조성물은 고화제 93~99중량% 및 토양안정제 1~7중량%가 혼합되어 이루어지되,
상기 고화제는, 클링커 분말 15~35중량%, 알루미나계 시멘트 구조화합물(C12A7:12CaO₇Al₂O₃) 10~30중량%, 고로 슬래그 미분말 5~35중량%, 벤토나이트 5~15중량%, 플라이애쉬 10~20중량%, 제올라이트 5~25중량% 및 무수석고 15~35중량%를 포함하며,
상기 토양안정제는, 폴리머 에멀젼 65~85중량%, 식물 영양성분 9~25중량% 및 폴리아크릴레이트계 보수성 향상제 5~10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 황토 콘크리트.
삭제
제1항에 있어서,
상기 수축저감제는, 메틸메타아크릴레트(Methylmethacrylate) 15~22중량%, 부틸아크릴레이트(Buthylacrylate) 10~12중량%, 리튬실리케이트(Lithium silicate) 13~18중량%, 알긴산나트륨(Sodium alginate) 2~4중량%, 메타아크릴산(Methacrylate) 2~4중량%, 물 40~50중량% 및 알킬설폰산염(Alkylbenzene sulfonate) 0.2~2중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 황토 콘크리트.
제1항 또는 제3항에 기재된 친환경 황토 콘크리트 조성물을 준비하는 단계;
상기 준비된 황토 콘크리트 조성물을 이동식 배차플랜트로 이송하는 단계;
상기 이송되어온 황토 콘크리트 조성물을 믹서에 의해 혼합하여 도로포장재를 마련하는 단계;
상기 도로포장재에 의해 포장을 실시할 도로를 다지는 도로 다짐 단계;
상기 도로포장재를 포장할 도로의 기층 상에 포설하는 단계;
상기 포설된 도로포장재를 전동롤러 또는 콤팩터를 이용하여 다짐하는 단계; 및
상기 포설된 도로포장재를 보호하기 위해 그 위에 커버를 씌우고 3 ~ 4일 동안 양생하는 단계;
를 포함하는 친환경 황토 콘크리트 시공방법.
제4항에 있어서,
상기 양생하는 단계 이후에, 물의 침투를 막기 위해 0.3 ~ 0.4L 의 소수성 실란을 스프레이 작업하는 소수성 실란 투입단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 황토 콘크리트 시공방법.